[發(fā)明專利]一種定量分析爆生氣體作用過程的實驗裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211241345.7
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115597989A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王雁冰;孔維文;楊仁樹;李正寬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/02
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 王月松

本發(fā)明公開了一種定量分析爆生氣體作用過程的實驗裝置，涉及高壓氣爆試驗領(lǐng)域。該實驗裝置包括：氣爆介質(zhì)源，用于存儲氣爆介質(zhì)；增壓設(shè)備，與氣爆介質(zhì)源連接，用于對氣爆介質(zhì)進(jìn)行增壓，得到增壓氣體；氣體釋放閥，與增壓設(shè)備連接，用于控制增壓氣體釋放；氣體檢測設(shè)備，位于氣體釋放閥的噴射口處，用于獲取增壓氣體的流量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)；試件檢測設(shè)備，位于目標(biāo)試件中，用于獲取目標(biāo)試件的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；上位機(jī)，分別與氣體檢測設(shè)備和試件檢測設(shè)備連接，用于根據(jù)上述數(shù)據(jù)確定目標(biāo)試件破裂過程中的流量變化情況、溫度變化情況、壓力變化情況和應(yīng)力應(yīng)變情況。本發(fā)明能夠定量分析氣爆致裂過程中爆生氣體單獨作用的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓氣爆試驗領(lǐng)域，特別是涉及一種定量分析爆生氣體作用過程的實驗裝置。

背景技術(shù)

爆生氣體是一種高速氣體，主要是由爆破、爆燃、高速沖擊等方式產(chǎn)生的高能沖擊體，對裂紋的擴(kuò)展、巖層的劈裂等具有重要的影響。爆生氣體在巖體開挖和石油開采的應(yīng)用研究較多，掌握爆生氣體的特性，對高能沖擊體的控制和應(yīng)用具有重大的意義。特別是在爆破過程中，爆生氣體對巖石裂縫的擴(kuò)展具有重要的影響，而爆破破壞很重要的一個因素就是裂縫的擴(kuò)展問題。對此，研究高速氣體驅(qū)動裂縫擴(kuò)展的作用機(jī)理具有重要意義。

由于氣爆過程歷時極為短暫，爆破致裂區(qū)域裂紋分布具有隨機(jī)性，給直接測定氣爆過程中爆生氣體壓力沿破裂面分布規(guī)律造成極大的困難。目前，人們普遍接受的巖石爆破破巖理論是爆生氣體膨脹推力和爆炸沖擊波所引起的應(yīng)力波共同作用理論，現(xiàn)有的對爆破過程的觀測成果也都是基于應(yīng)力波和爆生氣體共同作用后的結(jié)果。通常認(rèn)為，巖體在爆破過程的破裂是在爆炸應(yīng)力波和高壓爆生氣體共同作用下產(chǎn)生的，在整個裂隙擴(kuò)展過程中，爆生氣體起主導(dǎo)作用。但目前對爆生氣體單獨作用下的破巖過程仍缺乏直接的試驗資料。

在相關(guān)試驗研究中，由于炸藥試驗的危險性，以及爆炸影響的綜合性和復(fù)雜性，導(dǎo)致實體試驗相對受限，因此前人通過較多的方式對爆炸產(chǎn)生的高能沖擊體進(jìn)行了模擬替代。如：利用爆燃、高速沖擊、高壓氣體突然釋放等形式產(chǎn)生高能沖擊體進(jìn)行替代試驗。但由于爆生氣體的特殊性，即其主要是伴隨著爆破、爆燃等高能量釋放過程產(chǎn)生，屬于危險試驗，并且爆破、爆燃過程中往往伴隨著應(yīng)力波、溫度變化、爆生氣體沖擊、顆粒物崩飛等復(fù)雜物理、化學(xué)變化，不容易提取爆生氣體單獨作用的效果，不符合室內(nèi)試驗的要求。且在爆破設(shè)計中，往往是用過量的能量直接將打靶目標(biāo)崩碎，在爆炸的瞬間應(yīng)力波的能量級比爆生氣體的能量級高出很多，往往在沖擊方面將爆生氣體的作用忽略。因此，爆生氣體致裂作用的理論研究，特別是試驗研究仍相對較少。

此外，現(xiàn)有的實驗裝置往往不能在很快的時間內(nèi)進(jìn)行二次沖擊或者多次沖擊，在爆破問題上，不能滿足延遲爆破、毫秒時差爆破等實際問題的研究。且裝置在速度上達(dá)不到爆破瞬間能達(dá)到的加速度，也就是說爆炸瞬間屬于毫秒級，能夠瞬間產(chǎn)生出高速運(yùn)動的氣體，但是現(xiàn)有實驗裝置在沖擊過程所產(chǎn)生的反應(yīng)時間過長且產(chǎn)生的壓力值有限，導(dǎo)致加速度不能滿足要求，對爆炸瞬間的模擬效果不是很好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種定量分析爆生氣體作用過程的實驗裝置，以定量分析氣爆致裂過程中爆生氣體單獨作用的效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種定量分析爆生氣體作用過程的實驗裝置，所述實驗裝置包括：

氣爆介質(zhì)源，用于存儲氣爆介質(zhì)；

增壓設(shè)備，與所述氣爆介質(zhì)源連接，用于對所述氣爆介質(zhì)進(jìn)行增壓，得到增壓氣體；

氣體釋放閥，與所述增壓設(shè)備連接，用于控制所述增壓氣體釋放；釋放后的所述增壓氣體作用于目標(biāo)試件上，使所述目標(biāo)試件發(fā)生破裂；

氣體檢測設(shè)備，位于所述氣體釋放閥的噴射口處，用于獲取所述增壓氣體的流量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)；

試件檢測設(shè)備，位于所述目標(biāo)試件中，用于獲取所述目標(biāo)試件的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；